【STL容器】list

文章目录

• 一、list定义
• 二、list的迭代器
• 三、list的元素操作
• 四，list的优缺点

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一、list定义

list本质是一个双向带头循环链表

template<class T>
struct list_node
{
	list_node* prev;
	T val;
	list_node* next;
};

template<class T>
class list
{
	typedef list_node<T> node; 
private:
	node* head;
};

二、list的迭代器

不同于vector的迭代器，list的迭代器是一个类，原因是list是链式空间，普通指针的++，--不能访问到正确的地址，因此需要运算符重载++，--等。

template<class T, class ref, class ptr>
struct list_iterator
{
private:
	typedef list_node<T> node;
	typedef list_iterator<T, ref, ptr> self;
public:
	node* _cur;
};

这里有一个重点，模板参数ref，ptr是干什么的？

在list类中是这样定义iterator
typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

这表示 ref传的是T的引用，ptr传的是T的指针，这不是多此一举吗？

但偏偏list的源码也是这样的。

这是为什么呢？

我们将list_iterator封装为一个类，主要是想重载它的++，--等运算符，以便正确使用iterator；

下面这是list_literator的前置++，它的返回值应该是 list_iterator<T>&,但如果我使用的是const_iterator,它的返回值应该是const list_iterator<T>&，二者的区别仅仅只是返回值不同，但仅仅返回值不同，不能构成函数重载。这样仅仅想靠一个类list_iterator是不行的，那就只能再写一个类const_list_iterator.

返回值 operator++()
{
	_cur = _cur->next;
	return *this;
}

但如果传参时，T& | const T& 作为一个参数传递，就可以只写list_iterator，来完成iterator 和 const_iterator.虽然本质上还是创建了2个类，但创建的工作由编译器解决，我们只用手写一个类就够了。

template<class T, class ref, class ptr>
	struct list_iterator
	{
	private:
		typedef list_node<T> node;
		typedef list_iterator<T, ref, ptr> self;
		//iterator 则 ref = T&
		//const_iterator 则 ref = const T&
	public:
		//成员变量
		node* _cur = nullptr;
		//迭代器：构造，++， *
		list_iterator(node* it = nullptr)
		{
			_cur = it;
		}
		self& operator++()    
		{
			_cur = _cur->_next;
			return *this;
		}
		self& operator++(int)
		{
			self tmp(*this);
			_cur = _cur->_next;
			return tmp;
		}
		ref operator*() const
		{
			return _cur->_val;
		}
	};

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ptr同理，它主要服务operator->()

ptr operator->() const
{
	return &(_cur->_val);
}

注：这里有个小知识，operator的返回值可能让人感到疑惑。

C++ 中的 operator-> 被用于重载类的成员访问操作符 ->。这个操作符通常用于访问类的成员函数和成员变量，而且在许多情况下，它应该返回一个指向类的成员的指针。这是因为 -> 操作符通常用于访问类的成员，而类的成员可以是函数或变量。

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三、list的元素操作

list的插入删除，本质就是双向带头链表的插入删除，下面给出一些简单的模拟实现。

list(const T& t = T())
{
	head = new node;
	node* tmp = new node;
	tmp->_val = t;
	tmp->_next = head;
	tmp->_prev = head;
	head->_next = tmp;
	head->_prev = tmp;
	++_size;
}
list(const list<T>& t)
{
	for (auto& e : t)
	{
		push_back(e);
	}
}
~list()
{
	iterator it = begin();
	while (it != end())
	{
		it = erase(it);
	}
	delete head;
	head = nullptr;
}
void swap(list<T>& lt)
{
	std::swap(head, lt.head);
	std::swap(size, lt.head);
}
list<T>& operator=(list<T> lt)
{
	swap(lt);
}
//iterator
iterator begin()
{
	return iterator(head->_next);
}
iterator end()
{
	return iterator(head);
}
//capacity
size_t size()
{
	return _size;
}
//modify
void push_back(const T& t = T())
{
	insert(end(), t);
}
void push_front(const T& t = T())
{
	insert(begin(), t);
}
void insert(iterator pos, const T& t)
{
	node* cur = pos._cur;
	node* prev = cur->_prev;
	node* tmp = new node;
	tmp->_val = t;
	tmp->_prev = prev;
	tmp->_next = cur;
	prev->_next = tmp;
	cur->_prev = tmp;
	++_size;
}
void pop_back()
{
	iterator it(head->_prev);
	erase(it);
}
void pop_front()
{
	erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
	node* cur = pos._cur;
	node* prev = cur->_prev;
	node* next = cur->_next;
	prev->_next = next;
	next->_prev = prev;
	delete cur;
	--_size;
	return iterator(next);
}

list在使用时，一定要注意迭代器失效的问题。

四，list的优缺点

STL（标准模板库）中的 std::list 是一个双向链表（doubly linked list）的实现，它具有一些优点和缺点，适用于不同的使用情况。

优点：

1. 插入和删除效率高： std::list 对于插入和删除操作非常高效，因为在双向链表中，插入和删除元素只需要改变相邻节点的指针，而不需要移动其他元素。

2. 稳定的迭代器： 在插入和删除元素时，std::list 保持了迭代器的有效性。这意味着在遍历列表时进行插入或删除操作不会导致迭代器失效，这在其他容器中（如 std::vector）是不成立的。

3. 内存管理灵活： 由于链表的节点可以分散存储在内存中，std::list 具有一定的内存分配灵活性。这可以避免动态数组（如 std::vector）可能会发生的重新分配和复制开销。

缺点：

1. 随机访问效率低： std::list 不支持常数时间的随机访问，因为要遍历链表需要 O(n) 的时间复杂度。如果需要频繁的随机访问元素，std::vector 更适合。

2. 性能较差的缓存局部性： 由于链表节点在内存中是离散分布的，因此对于大型数据集，std::list 的性能可能受到缓存局部性的影响，而数组式容器更有可能利用好缓存。

3. 不支持随机访问和下标访问： std::list 不支持像数组那样的随机访问或下标访问，这限制了其在某些应用中的使用。